ביוכימיה א

www.reshefmd.com רשף משולם לימודי ביולוגיה ורפואה reshefm87@gmail.com 054-3318431 בחינת הידע קבלה לתוכנית ה- 4 שנתית ללימודי רפואה ביוכימיה א

מבוא לביוכימייה מולקולות החיים פחמימות וסוכרים ליפידים חומצות אמינו וחלבונים חומצות גרעין

סוכרים www.reshefmd.com

פחמימות C n H 2n O n סוכרים מונו-סכרידים, מכילים מספר רב של קבוצות הידרוקסיל. סיווגם נגזר הן ממספר הפחמנים (טריוזות, טטרוזות וכו...) או ממיקום הקבוצה הקרבונילית (קטוזות מול אלדוזות). דו-סוכרים שני מולקולות סוכר המחוברות בקשר גליקוזידי, הנוצר על ידי ריאקציית דחיסה תוך יציאת מולקולת מים. לדוגמא לקטוז וסוכרוז. אוליגו-סאכרידים מספר ספיר של סוכרים המחוברים בקשר גליקוזידי רב-סוכרים מספר בלתי ספיר של סוכרים המחוברים בקשר גליקוזידי

פחמימות aldehyde ketone D & L תמונת ראי אחד של השני, בעלי אותו השם. D-glucose L-glucose. סטריואיזומרים אחרים מקבלים שמות שונים

ליפידים www.reshefmd.com

ליפידים Fatty acids phospholipids ליפידים הן מולקולות הידרופוביות ולהן שימושים רבים חומצות שומן הן הדרך העיקרית של התא לאגור אנרגיה, בצורה של טרי-גליצרידים כולסטרול משמש הן לייצוב ממברנות והן כחומר מוצא לוייטמינים רבים ולהורמונים פוספוליפידים הן מולקולות מורכבות מגליצרות, 2 חומצות שומן ופספאט ותפקידן לבנות את ממברנות התא ולעיתים לשמש כמערכת להולכת אותות

פוספוליפידים

סוגים של פוספוליפידים

חומצות אמינו וחלבונים www.reshefmd.com

חומצות אמינו אבן הבניין של חלבונים ופפטידים, אך משמשות גם להולכת אותות ויצירת אנרגיה. קיימות מעל 300 חומצות אמינו שונות בטבע, מתוכן רק 20 מקודדות בקוד הגנטי כל חומצות האמינו מלבד גליצין מכילות פחמן אלפא שהוא א-סימטרי ולכן מסובבות אור מקוטב. הפחמן הא- סימטרי קשור קוולנטית למימן, קרבוקסיל ואמין, כמו גם לשייר משתנה במרבית היצורים החיים קיימים חומצות אמינו רק מסוג L בסביבה מימית לרוב ניתן למצוא אותן מיוננות ובסביבה נייטראלית רובן יהיו במצבב צביטריוני לכל חומצות האמינו יש עקומת טיטרציה בשל היותן חומצות חלשות

חומצות אמינו

חומצות אמינו לא טעונות

חומצות אמינו ארומטיות

חומצות אמינו טעונות

חומצות אמינו

טיטרציה ונקודה איזו-אלקטרית עקומת הטיטרציה משתנה בהתאאם לשייר ה- R. אלקטרית pi בעזרתה ניתן להגיע לחישוב הנקודה האיזו- 1 2 1 2 pi = ( pk 1 + pk 2) = ( 2.34 + 9.6) = 5. 97 pi = ( pk 1 + pkr) = ( 2.19 + 4.25) = 3. 22 1 2 1 2

הקשר הפפטידי הקשר הפפטידי נוצר בזכות התקפה נוקלאופילית של הקצה האמיני של החומצה האמינית 1+n על הקבוצה הקרבוקסילית של החומצה האמינית N הקשר יציב במיוחד, בבזכות רזוננס המונע את הרוטציה האופיינית לקשר יחיד מסוג סיגמא. שימו לב למולקולת המים שיוצאת החוצה בדומה לכל ריאקציית דחיסה. המצב היציב ביותר הוא כאשר שיירי ה R מונחים במרחב במצב טראנס אחד לשני.

מבנה החלבונים מבנה ראשוני רצף חומצות האמיניות הקשורות אחת לשנייה בקשר פפטידי מבנה שניוני קשרי מימן בין קבוצות קרבונילית ואמידיות בשלד הפפטיד, ללא מעורבות שיירי ה- R מבנה שלישוני מבנה תלת מימדי המערב את כל סוגי האינטרקציות הבין מולקולריות והן קשרי.SS מערב את שיירי ה- R. מבנה רביעוני אינטרקציות קוולנטיות או בלתי קוולנטיות בין מספר שרשרות פולי-פפטידיות

α הליקס המרחק בין שני פחמני אלפא הוא בערך 1.5 אנגסטרם כל סיבבוב מורכב מ 3.6 חומצות אמינו בממוצע זווית הסיבוב בין חומצה אמינית אחת לבאה היא 100 מעלות מבנה זה מצוי לרוב באזורים חוצי ממברנה ובמוטיבים היוצרים אינטרקציה עם הדנ"א חומצה אמינית פרולין, או ריבוי שיריים הטעונים באותו מטען גורמים להליקס להיות פחות יציב שיירי ה- R פונים אל חוץ ההליקס

סדין B

סיבוב חד - בטא

מבנים מיוחדים זה קרטינים הם משפחה של סיבי ביניים המצויים במבנים קשיחים בסידור של coiled coil מבנה רביעוני שמורכב מיחידות בעלות מבנה שניוני α קרטינים נמצא בשיעור, קרניים, ציפורניים בעיקר אלפא הליקס β קרטינים קרניים וצפרוניים, בעיקר סדין בטא Coiled coil

המוגלובין המוגלובין בנוי במבנה רביעוני ותפקידו להוביל חמצן מהריאות אל הרקמות המבנה הרביעוני מיוצב בעיקר על ידי אינטרקציות הידרופוביות מנגנון הפעולה הוא קuאופרטיבי ולכן העקומה של פעילותו/סטורציה תהיה סיגמואידלית הקבוצה קושרת החמצן היא קבוצת Heme בעזרת הברזל היודע לעבור בין 2+ ל 3 קבוצת ה heme מורכבת מיחידות הקרויות פרוטופירין

המוגלובין

אפיניות... אפיניות בכל מקום...

קו-אנזימים וקופקטורים

אנמיה חרמשית תת יחידה בטא מוטנטית, מציגה ואלין במקום גלוטמאט. המוגלובין נורמאלי A נשאר מסיס לא משנה אם קשור לחמצן או לא המוגלובין של אנמיה חרמשית - S כאשר אינו קושר חמצן הופך לאגרגטים סיביים השוקעים על הממברנה מחלה מעוררת כאב רב, סבל ומוות מוקדם

אנזימולוגיה

סוגי אנזימים סוגי האנזימים הקיימים בטבע: Isomerases Ligases Oxydoreductases Transferases Hydrolases Lyase

אנזימולוגיה Lock & key Induced fit

מנגנון של האנזים כימוטריפסין

קינטיקה אנזימתית E + S ES EP E + P ΔEa ΔEa

מודל מיכאליס מנטן על מנת לבצע השוואה נאותה בין אנזימים, נמדוד את פעילות האנזימים בזמן 0, שכן לאורך הזמן ריכוז הסובסטראט יורד והופך לתוצר, לכן יש לבחור נקודת זמן סטנדרטית V0, ב עוד לא קיים תוצר. אם עוד לא קיים תוצר בזמן 0, הרי שניתן להזניח את 2-k. נניח כי בכל רגע נתון, ריכוז הסובסטראט גדול משמעותית מריכוז האנזים,כך שהגורם שישפיע על קישור האנזים לסובסטראט הוא האפיניות בלבד. ננניח ריאקציה מסדר ראשון בלבד נניח כי k2 הוא השלב קובע המהירות, ולכן מהירות הריאקציה בזמן 0 נקבעת על ידי הנוסחא: =K2[ES} V 0 נניח מצב יציב של ריכוז הקומפלקס אנזים סובסטראט ES

מודל מיכאליס מנטן משוואת מיכאלס מנטן 0 V 0 V Km = max + [ S] [ S]

מודל מיכאליס מנטן נגזר מהפיתוח של הנוסחא ומהווה מדד להתפרקות הקומפלקס אנזים סובסטראט לעומת היווצרותו. במקרי קצה בהם האנזים איטי מאד, ניתן להזניח את k2 ולומר כי Km הוא בקורלציה לאפיניות Kcat הוא המספר המקסימאלי של ריאקציות אנזימטיות הניתנות ביחידת זמן המדד האמין ביותר לטיבו של האנזים k + k = - 1 m k 1 k 2 V max [ E t ] = k 2 = k cat

מודל מיכאליס מנטן [S]<<Km V 0 V = max Km + [ S] [ S] [S]>>Km km=[s] => V0=Vmax/2

משוואת ליינוואבר ברק 1 V 0 = Km V max 1 + 1 [ S] Vmax

מעכבים מעכב בלי הפיך מעכב הפיך תחרותי בלתי תחורתי Un משולב אל-תחרותי non

מעכב בלתי הפיך נקשר קוולנטית לאנזים ומעכב אותו יכול לסייע במעבדה בזיהוי ריכוז האנזים במידה ואיננו ידוע מכיוון שהוא מפחית את כמות האנזימים הפעילים, הוא יפחית את ה,Vmax משפיע על km לא

מעכבים הפיכים כעת נעבור על המעכבי ההפיכים: תחרותי, מעכב משולב. לא תחרותי ומשולב ומקרה פרטי של בכל מעכב נבדוק את הפרמטרים הבאים: האם המעכב דומה לסובסטראט? האם המעכב נקשר לאתר הפעיל או לאתר אקראי? האם המעכב נקשר לאנזים החופשי או לקומפלקס אנזים סובסטראט? מה דינו של?Vmax מה דינו של?Km כיצד נראים הגרפים "מיכאליס מנטן" ו"ליינוואבר ברק"?

מעכב תחרותי המעכב דומה לסובסטראט! המעכב נקשר לאתר הפעיל! המעכב נקשר לאנזים החופשי?Vmax לא משתנה α עולה פי הפקטור?Km Km app = αkm V 0 V αk = max m + [ S] [ S] a =1+ [ I ] K I

מעכב תחרותי Vmaxלא משתנה Kmעולה

מעכב תחרותי

Uncompetitive מעכב לא תחרותי - המעכב אינו דומה לסובסטראט! המעכב נקשר לאתר אקראי! המעכב נקשר לקומפלקס אנזים סובסטראט 'α יורד פי?Vmax 'α יורד פי?Km Km app = Km/ α' V 0 = Vmax K +a m [ S] '[ S] a' = 1+ [ I ] K' I K' I = [ ES][ I] [ ESI]

Uncompetitive מעכב לא תחרותי - Vmaxיורד V max בהעדר מעכב Kmיורד V maxapp בנוכחות מעכב [S] K m Km app

Uncompetitive מעכב לא תחרותי - = Vmax/α Vmax app = Km/α Km app

מעכב משולב - mixed המעכב אינו דומה לסובסטראט! המעכב נקשר לאתר אקראי! המעכב נקשר לקומפלקס אנזים סובסטראט החופשי 'α יורד פי?Vmax α ועולה פי 'α יורד פי?Km ולאנזים

מעכב משולב - mixed Vmax app = Vmax/α V max Km app = Km α/α בהעדר מעכב V 0 = Vmax a K +a m [ S] '[ S] app V max בנוכחות מעכב a =1+ [ I ] K I a' = 1+ [ I ] K' I K I = [ E][ I] [ EI ] K' I = [ ES][ I] [ ESI] K m km app [S]

מעכב משולב - mixed Vmax app = Vmax/α Km app = Kmα/α 1 V o = a K m 1 + a' V max [S] Vmax

non competitive מעכב אל - תחרותי - a = a' = 1+ [ I ] K I V 0 Vmax = a K +a m [ S] '[ S]

non competitive מעכב אל - תחרותי - Vmax app = Vmax/ α - יורד Km app = αkm/ α איננו משתנה V max בהעדר מעכב app V max בנוכחות מעכב V 0 Vmax = a K +a m [ S] '[ S] Km

non competitive מעכב אל - תחרותי - Vmax app = Vmax/ α - יורד Km app = kt na,bv.

Vmax a K m Vmax a' Vmax a' Km a' [ I] a = 1+ [ II] K K a '= 1+ m K 'I Noncompetitive (Ki=K i) Vmax a' Km

השפעת האנזימים

אנזימים אלוסטרים אלו הם אנזימים אשר משנים את המבנה שלהם לאחר שקשרו אקטיבטור או מעכב ובנויים ממספר יחידות הנותנות תפקוד קיאופורטיבי כל יחידה משפיעה על האפיניות והפעילות של היחידות האחרות, הרגולציה נחשבת לאלוסטרית ואיננה חלק ממודל מיכאליס מנטן בדומה (אך להבדיל) מהמוגלובין +Activator No Activator or Inhibitor +Inhibitor

אנזימים אלוסטרים Homoallosteric regulation Heteroallosteric regulation